DE2922271A1 - Elektronische anschlusschaltungsanordnung fuer eine fernsprech-teilnehmerleitung - Google Patents

Description

Elektronische Anschlußschaltungsanordnung für eine Fernsprech-

TeiInehmerleitung

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Anschlußschaltungsanordnung für eine Fernsprech-Teilnehmerleitung und fällt damit allgemein in das Gebiet der Fernsprechübertragungen.

Bekanntlich wird in automatischen Vermittlungsstellen als Stromquelle für die Teilnehmerapparate (Sprechstellen) eine zentrale Batterie verwendet (ZB-Speisung), so daß also sämtliche Mikrofone durch diese einzige Gleichstromquelle gespeist sind. Um zu vermeiden, daß die Speisungs-Stromkreise die gleichzeitig sprechenden Apparate auch wechselstrommäßig bei Sprachfrequenz miteinander verbinden, wodurch sich die ablaufenden Gespräche gegenseitig stören würden, sind Transformatoren oder Impedanzen mit niedrigem Gleichstromwiderstand und hohem Wechselstromwiderstand in Serie mit den Anschlüssen an die Stromquelle geschaltet.

Die Impedanzen werden allgemein durch die selben Wicklungen erhalten, die die Belegungsrelais speisen, so daß sie gleichzeitig sowohl die Aufgabe des Entkoppeins von Wechselströmen als auch des Empfangs von Signalisierungen erfüllen. Die gleichstrommäßige Entkoppelung in Richtung auf die Schaltausrüstung der Vermittlungsstelle wird entweder mit Hilfe von in Reihe mit dem Fernsprech-Leiterpaar angeordneten Kondensatoren

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oder mit Hilfe von Transformatoren verwirklicht. Die Verwendung von Impedanzen oder Transformatoren bringt jedoch die folgenden Probleme mit sich:

- aufgrund der Größe und des Gewichts dieser Komponenten müssen spezielle Voraussetzungen erfüllt sein;

- besondere Sorge ist auf die Vermeidung von Beschädigungen aufgrund von Feuchtigkeit oder Staub aufzuwenden;

- jene Verwendung wird aufgrund der hohen Kupferverluste in den betreffenden Wicklungen zunehmend wirtschaftlich nachteilig.

In jüngerer Zeit haben die verschiedenen Fernsprech-Betriebsgesellschaften eine Anzahl von Lösungen dieser Probleme vorgeschlagen, wonach zumeist die üblichen Leitungsanschlußschaltungen durch vollständig elektronische Leitungsanschlußschaltungen ersetzt sind, die leicht zu integrieren sind und unter Berücksichtigung des Fortschritts bei Teilnehmerapparaten und Vermittlungsstellenausrüstungen «leicht an neue Funktionen anpaßbar sind.

Die wichtigeren Arten bekannter elektronischer Schaltungen für die Teilnehmerleitung zum Ersetzen der üblichen Schaltungen können in drei Hauptklassen eingeteilt werden:

a) Stromgeneratoren (Zürich Seminar '76, Papier C7; Zürich Seminar '78, Papier C7). Die beiden Impedanzen sind durch Stromgeneratoren ersetzt, die mit Halbleitern realisiert sind, wodurch in der Teilnehmerleitung eine hohe Wechselstromimpedanz erzielt wird und ein Gleichstrom resultiert, der nahezu unabhängig von der Leitungslänge ist. Nachteile eines solchen Vorgehens sind die tatsächliche Schwierigkeit einer genauen Balance der Stromgeneratoren und die Inkompatibilität mit elektronischen Fernsprechern variablen Verstärkungsgrads. Bei diesen Fernsprechern wird die Wechselstromstärke bei Sprachfrequenz automatisch auf der Basis der Gleichstromspeisung geregelt, die bei den üblichen Stromlieferungsbrücken von der Leitungslänge abhängt.

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b) Simulierte Induktoren mit Serienwiderständen (Zürich. Seminar '76, Papier C8). Die Induktoren werden durch elektronische Schaltungen simuliert, die integrierte Schaltungen verwenden. Zwei Serienwiderstände dienen dem Aufbauen eines Eingangswiderstands von geeignetem Wert. Diese Lösung ergibt ein gewisses Maß an Schaltungskomplexität und einen erheblichen Leistungsverbrauch in der Größenordnung von 0,6 W und erfordert außerdem einen kleinen Transformator, der in Reihe mit der Fernsprechschleife angeordnet ist, um die Störungen aufgrund von auf der Leitung induzierten Stör- und Rauschsignalen zu - vermindern. Diese sogenannten Gleichtaktsignale laufen in der selben Richtung durch die beiden Leitungsleiter und kommen über die Erdverbindung zurück. Da sie also an den Enden der Primärwicklung des Transformators in Phase sind, erscheinen sie nicht an den Klemmen der Sekundärwicklung.

c) Simulierte Relais mit innerem Widerstand (Zürich Seminar '76, Papier C7). Das Belegungsrelais wird durch elektronische Transistorschaltungen simuliert, und zwar sowohl hinsichtlich der von der Speisungswicklung ausgeführten Impedanzfunktion als auch hinsichtlich der Signalisierungserkennung. Diese Schaltung bringt andererseits eine Anzahl von Nachteilen mit sich, die hauptsächlich die Linearität der Spannung-Strom-Charakteristik für niedrige Spannungswerte betreffen, und es ist kein ausreichender Schutz gegen Spannungsabfälle und Impulsrauschen gegeben, die als elektrische Schaltkennzeichen angesehen werden könnten.

Demgegenüber wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung eine Teilnehmerleitungs-Schaltung mit einfachem Schaltungsaufbau, die leicht integrierbar ist, geschaffen. Sie ergibt außerdem von sich aus eine Balancierung des Wechselstroms bei Sprächfrequenz, eine niedrige Gleichtaktimpedanz für Störsignale, die auf der Leitung induziert worden sind, und schließlich eine sehr lineare Impedanzcharakteristik selbst für niedrige Spannungswerte.

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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die-Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 einen Blockschaltplan der Erfindung;

Fig. 2 einen ins Einzelne gehenden Schaltplan der Blöcke nach Fig. 1 mit den darin enthaltenen Schaltungsanordnungen.

Zwei Leiter a und b gemäß Fig. 1 bilden eine Teilnehmerleitung, die auch als Fernsprechpaar oder -schleife bezeichnet wird und über die die Schaltkriterien wie Schleifenschluß, Wählkennzeichen, Schleifenauftrennung zur Vermittlungsstelle, ferner die Wechselstromsignale wie Sprechsignale, Töne, Klingelsignale und der Gleichstrom für die Teilnehmerleitungsspeisung übertragen werden. Zwei übliche elektrische Kondensatoren Ca und Cb dienen dazu, den Übertritt des S'peisungsgleichstroms zur Vermittlungsstelle zu verhindern und den Durchtritt der Wechselstromsignale zu ermöglichen. Solche Kondensatoren werden auch bei den üblichen Leitungsanschlußschaltungsanordnungen verwendet. Ein weiterer elektrischer Kondensator C1 dient in Verbindung mit den in Blöcken IS und IS' enthaltenen elektronischen Schaltungen dazu, eine Blockimpedanz für Sprachfrequenzsignale zu simulieren. Mit Ausnahme der üblicherweise in der Anschlußschaltungsanordnung verwendeten Kondensatoren Ca und Cb ist der Kondensator C1 der einzige bei dieser Ausführungsform verwendete elektrische Kondensator; da die Kondensatoren mit einer Kapazität über einigen 100 Picofarad die einzigen Komponenten sind, die nicht integrierbar sind, kann die gesamte Anschlußschaltung als integrierte Schaltung mit ein paar äußeren Komponenten entworfen werden.

Drei optische Koppler AO, AO' und A01 bewirken die galvanische Trennung der Schaltung zum Anschluß der Teilnehmerleitung von der Schaltung der Vermittlungsstelle, die über Verbindungen 3

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und 3' bzw. 2 die Signalisierungen empfängt und entsprechende Befehle abgibt. Im einzelnen wird von der Vermittlungsstelle auf die Verbindung 2 ein Unterbrechungssignal für den Leitungsstrom jedesmal dann gegeben, wenn der Teilnehmer nach dem Schleifenschluß (Abheben des Handapparats) nicht innerhalb einer gegebenen Zeit wählt, oder wenn Isolationsverluste auftreten. Auf den Verbindungen 3 und 3' liegen die vom Teilnehmer zur Vermittlungsstelle gesendeten Wählkennzeichen.

Die Blöcke IS und IS¹ simulieren zusammen mit dem Kondensator C1 die in den üblichen Anschlußschaltungsanordnungen verwendeten Blockimpedanzen.

Der Speisestrom wird einer üblichen Vermittlungsstellen-Batterie B über Leiter 1 und 1' entnommen und kommt über die Blöcke IS bzw. IS' und die Leiter a bzw. b der Teilnehmerleitung zum Teilnehmerapparat (Sprechstelle).

Zwei Hysterese-Schwellenkomparatoren CS und CS' dienen dem Extrahieren der Schaltkennzeichen-Signalisierungen. Sie stellen die Leitungsstromänderungen aufgrund der Signalisierungen durch den Teilnehmer fest. Die Höhe der Hysterese ist so gewählt, daß Unsicherheiten in der Kri-terienerkennung auch beim Auftreten von Rauschsignalen oder Stromerniedrigungen vermieden werden. Der Block IS' und der Komparator CS' sind dem Block IS bzw. dem Komparator CS hinsichtlich ihres Schaltungsaufbaus gleich, jedoch sind die einzelnen Halbleiterelemente, also Transistoren und Dioden, in den erstgenannten Blöcken komplementär zu denen in den letztgenannten Blöcken, beispielsweise entsprechen pnp-Transistoren einerseits npn-Transistoren andererseits und np-Dioden einerseits pn-Dioden andererseits, da die relativen Speisespannungen, die aus der selben zentralisierten 'Batterie über die Leitungen kommen, entgegengesetzte Polarität haben.

Die in Fig. 1 blockmäßig dargestellten Schaltungen sind in Fig. 2 ebenfalls als rechteckige Blöcke dargestellt, die gestrichelt umrahmt sind_{g Q g} g ^ _{g f Q} g g q

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Fig. 2 zeigt ohne weiteres die Gleichheit der Schaltungsanordnung und die komplementäre Anordnung der Halbleiterbauelemente der einerseits im oberen und andererseits im unteren Teil der Zeichnung dargestellten Blöcke. Im folgenden braucht deshalb hauptsächlich nur auf den unteren Teil der Zeichnung Bezug genommen zu werden.

Der Block IS enthält zwei Transistoren Ti und T2, -sieben Widerstände R1 bis R7 und drei Dioden D1, D2 und D3. Die in der Technik an sich bereits bekannte Grundschaltung zum Simulieren einer Induktanz mit Hilfe eines aktiven Elements und eines Kondensators bringt eine Menge von Schwierigkeiten mit sich, die durch die beschriebene Schaltungsanordnung in überraschender Weise überwunden werden. Bei den bekannten Schaltungsanordnungen, die durch einen normal polarisierten Transistor und einen zwischen die Basis und Masse geschalteten Kondensator realisiert sind, ist die vom,Kollektor aus gesehene Impedanz auch eine Funktion des Verstärkungsgrads des Transistors und der Temperatur, außerdem besteht eine Spannungsschwelle, die von der Basis-Emitter-Spannung_i des Transistors abhängt. Die Impedanzstabilität könnte durch einen erhöhten Verstärkungsgrad des aktiven Elements erhöht werden, beispielsweise durch Verwendung von zwei Transistoren in Darlington-Anordnung, was jedoch eine Erhöhung der Spannungsschwelle wegen der Wirkung der beiden in Reihe geschalteten Basis-Emitter-Spannungen zur Folge haben kann.

Die dargestellte Schaltung des Blocks IS bewirkt hingegen einen guten Verstärkungsgrad mit Hilfe der beiden Transistoren T1 und T2, die gemäß einer komplementären Emitterfolger-Anordnung geschaltet sind, wodurch sich die Basis-Emitter-Spannungen aufheben und somit eine vernachlässigbare Schwelle ergeben. D'ie Widerstandskomponente der Impedanz des Blocks IS wird durch die statische Strom-Spannungs-Charakteristik des Transistors T2 bestimmt, deren Steilheit leicht aufgrund der Werte der Vorspannungswiderstände festgelegt werden kann.

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Der Kondensator C1, von dem die simulierte Induktanz entsprechend einem bekannten Gesetz abhängt, dient den beiden komplementär geschalteten Blöcken IS und IS' gemeinsam. Auf diese Weise kann eine hohe Impedanz für differenzielle Signale auf den Leitern a und b und eine niedrige Impedanz für Gleichtaktsignale erhalten werden. Im ersteren Fall liegen nämlich an den Klemmen des Kondensators CT sprachfrequente Signale an, die um 180° außer Phase sind. Der Kondensator C1 verzögert die Basisspannungsvariation des Transistors T1 (und des Transistors T1') und somit den Kollektorstrom des Transistors T2 (und des Transistors T2'). Werden diese Ströme in Bezug zur Spannung an den Klemmen verzögert, so ergibt dies ein vom elektrischen Standpunkt aus induktives Verhalten der Blöcke IS und IS' und die dargebotene Impedanz ist hoch. Im letzteren Fall hingegen, bei dem die gleichtaktigen Wechselstromsignale an den Klemmen von Ci in übereinstimmender Phase auftreten, werden sie vom Kondensator nicht beeinflußt. Es ergeben sich sodann normale Basisspannungsänderungen von T1 (und von T1') und als Folge hiervon Kollektorstromänderungen von T2 (und von T2').

Sofern infolge der Änderung der gleichtaktigen Spannung sich eine erhebliche Änderung solcher Ströme ergibt, ist also die von den Blöcken IS und IS' diesen Signalen entgegengebrachte Impedanz sehr niedrig. Außerdem werden die Blöcke IS und IS¹ automatisch in Bezug zu den Sprechströmen balanciert, da der Kondensator C1 keinen Massebezug hat. Der im Block IS enthaltene Widerstand R4 verhilft zu einer Begrenzung der Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors T2, während die anderen Widerstände der Vorbelastung dienen.

Die Diode D1 verhindert, daß die Basis-Emitter-Spannung des Transistors T1 inverse Werte annimmt, wenn der Transistor T2 sperrt; und die Diode D2 gleicht den Spannungsabfall an der leitenden Diode DT aus. Der Strom zur Basisvoreinstellung des Transistors T2 (und T2') fließt normalerweise durch einen Widerstand RT 4 und einen Phototransistor T5, die im optischen

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Koppler A01 enthalten sind. In den bereits beschriebenen Fällen, in denen eine Schleifenstromunterbrechung gefordert wird, sendet die Vermittlungsstelle über die Verbindung 2 einen entsprechenden Befehl an den optischen Koppler A01, durch den der Phototransistor T5, der mit einer lichtemittierenden Diode D7 gekoppelt ist, sperrt, wodurch als Folge die Unterbrechung des Basisstroms von T2 (und von T2')_bewirkt wird. Hierdurch wird der Transistor T2 (und T2') sperrend, wodurch die Stromspeisung unterbrochen wird.

Die vom Teilnehmerapparat kommenden Gleichstrom-Signalisierungen erscheinen im Block IS als eine Folge von Spannungsänderungen an demjenigen Punkt, an dem die Widerstände R3 und R5 miteinander verbunden sind. Diese Spannungsänderungen werden über die Diode D3 abgenommen und an den Hysterese-Schwellenkomparator CS weitergegeben, dessen Eingangsimpedanzänderungen andererseits wegen der Diode D3 die Vorspannung des Transistors T2 nicht beeinflussen können.'

Es wird nun der Betrieb des Komparators CS beschrieben. Er enthält zwei Transistoren T3 und T4, sechs Widerstände R8 bis R13 und zwei Dioden D4 und D5·

Wenn der Spannungsabfall über den Klemmen des Widerstands R3 im Block IS die obere Schwelle überschreitet, die durch die Addition der Spannungsabfälle an den Dioden D4 und D5 und am BasIs-Emitter-Übergang des Transistors T3 unter Abzug des Spannungsabfalls an der Diode D3 bestimmt ist, beginnt der Transistor T3 zu leiten, wodurch die Basisspannung am Transistor T4 und sodann dessen Kollektorstrom ansteigen. Hierdurch ergibt sich ein weiterer Anstieg des Basisstroms des Transistors T3, bis der Sättigungsstrom der Transistoren T3 und T4 erreicht wird.

Sinkt der Spannungsabfall über den Klemmen des Widerstands R3 im Block IS unter die untere Schwelle, so wird ein Teil des Basisstroms des Transistors T3 über den Widerstand R9 und die

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Diode D3 abgeleitet, wodurch der Kollektorstrom und der Basisstrom des Transistors T4 und hierauf wiederum der Basisstrom des Transistors T3 niedriger werden, bis die beiden Transistoren T3 und T4 sperrend werden. In diesem Zustand verbraucht der Komparator CS nur noch den über den Widerstand R8 fließenden Strom. Die Werte der Schwellenspannungen können leicht durch geeignete Dimensionierung der Vorbelastungswiderstände und der Zahl der Dioden oder anderer äquivalenter Schwellenkomponenten, die zwischen die Basis des Transistors T3 und den Kollektor des Transistors T4 geschaltet sind, vorbestimmt werden. Beispielsweise kann durch geeignetes Teilverhältnis zwisehen R3 und R5 die obere Schwelle in sehr einfacher Weise beeinflußt werden.

Der Transistor T3 speist den optischen Koppler AO, der eine lichtemittierende Diode D6 und einen Phototransistor Τβ enthält, welche die Signalübertragung zur Vermittlungsstelle unter galvanischer Trennung der beiderseitigen Schaltungen ermöglichen.

Hinsichtlich der Schaltungsanordnung im einzelnen wird zur Entlastung der Beschreibung auf die Zeichnung verwiesen, in der ein funktionierendes bevorzugtes Ausführungsbeispiel vollständig offenbart ist.

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   f\J Elektronisch*^ Anschluß:;chaltungsanordnung für eine Fernsprech-Teilnehmerleitung, mit zwei elektronischen Schaltungen, über die eine zentrale gemeinsame Stromquelle den Teilnehmerapparat über eine Fernsprechschleife bildende Leiter mit Strom speist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden elektronischen Schaltungen (IS,IS¹) die Impedanz (Widerstand und induktive Reaktanz) simulieren, die zur Vermeidung des Übertritts sprachfrequenter Signale zur gemeinsamen Stromquelle (B) notwendig ist, und außerdem Strcmänderungen auf der Leitung aufgrund elektrischer Signalisierungskriterien, die vom Teilnehmerapparat kommen, feststellen; und daß die Anschlußschaltungsanordnung weiterhin zwei Hysterese-Schwellenkomparatoren (CS,CS') enthält, die aufgrund von Signalisierungsvorgängen in den elektronischen Schaltungen (IS₁IS') auftretende Spannungsänderungen erkennen und entsprechende Steuerströme abgeben, wenn die Spannungsänderungen einem gegebenen Wertebereich angehören.
2. 2. Anschlußschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schaltungen (IS,IS') galvanisch

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   von den Schaltungen der Vermittlungsstelle-durch einen ersten optischen Koppler (A01) getrennt sind, der entsprechende Befehle von der Vermittlungsstelle empfängt.
3. 3. Anschlußschaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellenkomparatoren (CS₅CS') von den Schaltungen der Vermittlungsstelle galvanisch durch einen zweiten und einen dritten optischen Koppler (AO,AO¹) getrennt sind, die von den Schwellenkomparatoren erkannte elektrische Kriterien zur Vermittlungsstelle übertragen.
4. 4. Anschlußschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der elektronischen Schaltungen (IS₅IS') einen ersten Transistor (ΊΊ,ΊΊ¹) enthält, der in Kollektorschaltung geschaltet ist und dessen Basis mit einem Kondensator (C1) verbunden ist und der einen zum ersten Transistor komplementären zweiten Transistor (T2,T2') ansteuert, dessen Kollektorstrom mit dem Leitungsspeisestrom übereinstimmt, wobei die Transistoren und Dioden einer der beiden elektronischen Schaltungen (IS₅IS') den Transistoren und den Dioden der anderen dieser elektronischen Schaltungen (IS',IS) komplementär sind; daß der den Wert der simulierten induktiven Reaktanz bestimmende Kondensator (C1) einerseits mit der Basis eines der ersten Transistoren (T1,T1·) und andererseits mit der Basis des anderen der ersten Transistoren (TV₅Ti) verbunden ist; und daß der zweite Transistor auf einen Spannungsteiler (R3,R5; R3',R5')₅ der mit dem Emitter verbunden ist, Spannungssignale speist, die den durch die Signalisierungsvorgänge verursachten Stromsignalen auf der Teilnehmerleitung entsprechen.
5. 5. Anschlußschaltungsanordnung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch^gekennzeichnet, daß jeder der Hysterese-Schwellenkomparatoren (CS,CS') einen dritten Transistor (T3,T3^?), der in Emitterschaltung geschaltet ist, umfaßt, der an seiner Basis die von den elektronischen Schaltungen (IS,IS') eintreffenden Spannungssignale empfängt und entsprechende Spannungsänderun-

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   gen an die Basis eines vierten Transistors (T4,T4') abgibt, welcher .als Stromgenerator hinzugefügt ist und dessen Kollektorstrom zu einem geeigneten Bruchteil zum Basisstrom des dritten Transistors (T3,T3') beiträgt, der seinerseits den optischen Koppler (AO₅AO¹) so ansteuert, daß an dessen Ausgang (3,3') Stromänderungen auftreten, die den Kollektorstromänderungen dieses dritten Transistors entsprechen; und daß die Transistoren und Dioden eines dieser Schwellenkomparatoren (CS₅CS') zu den Transistoren und Dioden des anderen der Schwellenkomparatoren (CS',CS) komplementär sind.

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